Réseau de surveillance benthique

Coordination

Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer – Centre de Brest Département Dynamiques de l'Environnement Côtier (DYNECO)

Laboratoire Ecologie Benthique

Ehrhold, A., Blanchet, A., Hamon, D., Chevalier C., Gaffet J.D., Alix A.S.

RST/IFREMER/DYNECO/EB/06-03/REBENT

Réseau de surveillance benthique

Région Bretagne

Approche sectorielle subtidale : Identification et

caractérisation des habitats benthiques du

secteur Glénan - Rapport

Citation du document

Ehrhold, A., Blanchet, A., Hamon, D., Chevalier C., Gaffet J.D. et Alix A.S., 2006. Réseau de surveillance benthique (REBENT) – Région Bretagne. Approche sectorielle subtidale : Identification et caractérisation des habitats benthiques du secteur Glénan. RST/IFREMER/DYNECO/Ecologie benthique/06-03/REBENT, 60 p. + 8 annexes.

Diffusion : libre

;

Validé par : Hamon Dominique

Version du document : V2 (avril 2007) Définitive

Septembre 2006 nombre de pages 60 + 8 annexes

bibliographie (Oui / Non) oui

illustration(s) (Oui / Non) oui

langue du rapport Français

Titre et sous-titre du rapport :

Réseau de surveillance benthique – Région Bretagne

Approche sectorielle subtidale : Identification et caractérisation des habitats benthiques du secteur Glénan

Titre traduit :

Rebent network – Brittany pilot

Subtidal sector habitat strategy : identification and characterization of benthic habitats around Glenan archipelago

Auteur(s) principal(aux) : nom, prénom Ehrhold Axel

Blanchet Aline Hamon Dominique

Organisme / Direction / Service, laboratoire IFREMER/DYNECO/EB

Collaborateur(s) : nom, prénom Chevalier Claire

Gaffet Jean-Dominique Anne-Sophie Alix

Organisme / Direction / Service, laboratoire IFREMER/DYNECO/EB

Travaux universitaires : diplôme :

établissement de soutenance :

discipline :

année de soutenance :

Titre du contrat de recherche : n° de contrat IFREMER

Organisme commanditaire : nom développé, sigle, adresse

Organisme(s) réalisateur(s) : nom(s) développé(s), sigle(s), adresse(s)

Responsable scientifique : Cadre de la recherche :

Programme : SE3L Convention :

Projet : REBENT Autres (préciser) :

Campagne océanographique : (nom de campagne, année, nom du navire) REBENT 1 et 2 2003 THALIA

REBENT 6 2005 THALIA REBENT 7 2006 THALIA MESURIS 2003/2004 SURVEX

Le Rebent (Réseau benthique), initié en 2000 à la suite de la catastrophe de l’Erika, a pour objectif de suivre les habitats benthiques côtiers et de détecter les changements à différentes échelles de temps et d’espace. L’approche sectorielle dans les petits fonds (< 50 m) des côtes bretonnes combine, des moyens de prospection acoustique, afin de délimiter les principaux types de substrats, avec des prélèvements et des observations biologiques pour caractériser les peuplements macrobenthiques.

Les résultats des analyses sédimentologiques et faunistiques montrent autour de l’archipel des Glénan, une grande diversité d’habitats et d’espèces reconnues. L’imagerie acoustique fait ressortir la complexité de leur structuration dans un environnement marin soumis à de fortes et régulières périodes d’agitation. La biocénose de maërl occupe le nord-est de l’archipel. Elle laisse place progressivement aux sédiments envasés à Amphiura filiformis et aux vases à Haploops dans le fond du chenal. A l’ouest et au sud, les subtrats sont plus grossiers, essentiellement sableux à Nephtys et sablo-graveleux à Branchiostoma lanceolatum, épisodiquement mobiles.

Abstract :

Ifremer launched and coordinated the development of a strategy for the REBENT network (REseau BENThique) in 2000 to monitor the aftermath of the “Erika” oil spill in December 1999. Its aim is to provide consistent baseline knowledge about coastal benthic habitats and constitute a monitoring tool to detect changes at various scales over time and space. Sector-based seabed habitat mapping in shallow water (< 50 m deep), is currently being conducted throughout Brittany's coastal waters through a combination of geoacoustic marine systems and ground-truthing using biological grab sampling and seabed observations.

Sedimentological and biological results on Glenan area emphasize a great diversity of subtidal habitats and marine species recognized. Sidescan imagery accentuates the complexity of the communities structure in a marine environment distinguished by strong and regulary roughness of the sea. Maerl biocenose is present at the nord-east of the archipelago. Progressively it gives way to mud sediment colonized by Amphiura filiformis and Haploops in the deeper channel. To the west and the south, substratum types are more coarse, occasionally mobiles, composed of essentially sand community with Nephtys and gravelly sand community with Branchiostoma lanceolatum.

Mots-clés :

Rebent, Glénan, cartographie d’habitats, sonar latéral, macrofaune benthique, peuplements, dynamique sédimentaire, figures sédimentaires, maërl, Haploops

Keywords :

Rebent, Glenan, habitats mapping, sidescan sonar, benthic macrofauna, communities, bedload transport, bedforms, maerl, Haploops

Commentaire :

Contributeurs

Rédaction Axel Ehrhold (1) Aline Blanchet (1) Dominique Hamon (1)

Traitement des données bathymétriques Anne-Sophie Alix (3)

Traitement des données acoustiques Axel Ehrhold (1)

Traitement des échantillons biologiques Aline Blanchet (1)

Claire Chevalier (1)

Jean-Dominique Gaffet (1)

Participation aux campagnes à la mer Michel Blanchard (1)

Aline Blanchet (1) Xavier Caisey (1) Philippe Cugier (1) Axel Ehrhold* (1)

Chantal le Gac-Abernot (1) Dominique Hamon* (1) Delphine Nicolas (1)

Claire Rollet (2) (* chefs de mission)

Mise en forme du rapport Jacqueline Quentel (1)

Autres intervenants

Société MESURIS (Acquisitions acoustiques avec le Survex) Sociétés ALIDADE et HOCER (Analyses granulométriques)

Responsable scientifique Dominique Hamon (1)

Responsable du projet REBENT/Bretagne Brigitte Guillaumont (2)

(1) Centre Ifremer de Brest/Département DYNECO /Laboratoire Ecologie benthique (2) Centre Ifremer de Brest/Département DYNECO /Service Applications géomatiques (3) Centre Ifremer de Brest/Département GM/CTD

Les travaux de terrain n’auraient pu être menés à bien sans la contribution et la compétence du personnel de Genavir, qu’il s’agisse des commandants et équipages du NO/Thalia ou des électroniciens embarqués pour la mise en œuvre des outils acoustiques, mais également du personnel d’Ifremer et de Genavir en charge de la préparation et de la logistique des campagnes à la mer.

AVANT PROPOS

Le REBENT (REseau de surveillance BENThique*) a pour objectifs d’acquérir une connaissance pertinente et cohérente des habitats benthiques côtiers, dans leurs composantes physiques et biologiques, et de constituer un système de veille pour détecter leur évolution à moyen et long termes, notamment pour ce qui concerne la diversité biologique. Il vise ainsi à recueillir et à mettre en forme un ensemble de données relatives à la distribution spatiale des habitats, et à leur composition faunistique et floristique, pour répondre prioritairement aux besoins récurrents communs à différentes obligations réglementaires aux échelons régionaux, nationaux ou internationaux.

Ce réseau, initié par le Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable (MEDD) et coordonné par l’Ifremer, concerne prioritairement la zone de balancement des marées et les fonds côtiers. La Bretagne en constitue la région pilote et le naufrage de l'Erika, en décembre 1999, a été déterminant dans sa mise en place.

Les atouts pour un pilote breton :

- un littoral riche et diversifié, avec une forte représentativité d’habitats remarquables (herbiers de zostères, bancs de maërl ou champs d’algues) ;

- une zone de partage entre deux régions biogéographiques qui, outre le fait d'accroître la diversité biologique au niveau régional, offre un intérêt de premier ordre pour cerner les effets de l'évolution climatique ;

- une concentration unique de cas d’étude car, sur le littoral breton, fortement convoité, la faune et la flore benthiques sont soumises à de multiples perturbations générées par les activités humaines, soit directement (effets de la pêche aux engins traînants, extractions de granulats, conchyliculture,…), soit résultant de pollutions chroniques (rejets urbains, industriels et agricoles) ou accidentelles (pollutions pétrolières, introduction d'espèces exogènes) ;

- une forte demande de gestion qui tend à se structurer, notamment à l’initiative de la DIREN et de la Région Bretagne (Natura 2000, Schéma Régional du Patrimoine Naturel…) ;

- des compétences scientifiques et techniques permettant de couvrir, dans une démarche pluridisciplinaire, tous les domaines concernés : le Centre Ifremer de Brest, l’Institut Universitaire Européen de la Mer (IUEM) de Brest, le Muséum National d'Histoire Naturelle (MNHN), avec ses Stations de Dinard et de Concarneau, la Station Biologique de Roscoff, le Laboratoire de Géomorphologie (EPHE/CNRS) de Dinard, ou encore le Centre d'Etudes et de Valorisation des Algues (CEVA) de Pleubian.

L’étude d’Avant Projet, entreprise en 2001 et 2002 sur le pilote breton, en concertation étroite avec différents partenaires scientifiques et techniques et avec le soutien financier de la DIREN Bretagne, de la Fondation Total pour la Biodiversité et la Mer et de la Région Bretagne, a permis de définir une stratégie qui distingue trois niveaux d’approche complémentaires :

- Des actions de synthèse cartographiques pour favoriser la vision cohérente d’ensemble au niveau régional et la diffusion de l’information, c'est le niveau zonal régional. Ces actions, qui s’appuient dans une large mesure sur des données physiques préexistantes (bathymétrie, nature de fond…), sont complétées par la mise en place d’un système de veille (observations à basse fréquence) permettant de détecter avec précision, sur des secteurs géographiques ou des habitats particuliers, les évolutions spatiales à moyen et long termes. C'est le cas, en particulier, du suivi

de la couverture végétale intertidale par télédétection et de l'évolution des herbiers de zostères à partir d’orthophotographies.

- Afin de disposer de références précises et actualisées dans des zones représentatives du littoral, dont des sites Natura, des travaux de cartographie des habitats ont été programmés sur une vingtaine de secteurs répartis autour de la Bretagne, c'est le niveau zonal sectoriel. Ces travaux font appel à un arsenal de techniques innovantes (en particulier, la télédétection et l'acoustique sous-marine) permettant de cartographier et de caractériser les principaux habitats des secteurs de référence, avec le niveau de précision requis.

- Des suivis plus localisés de la biodiversité floristique et faunistique sont également envisagés sur une sélection d’habitats, comprenant des habitats remarquables et/ou largement représentés, susceptibles de rendre compte de leur évolution, c'est le niveau stationnel du réseau. Dans la zone de balancement des marées, ils concernent en particulier les sédiments fins, les herbiers et certains habitats de substrat rocheux. Dans les petits fonds, il s’agit des sables fins, des bancs de maërl et de certains fonds rocheux suivis en plongée. Chaque habitat est échantillonné régulièrement selon un protocole adapté et, généralement, une dizaine de stations réparties le long du littoral breton sont retenues.

La description détaillée du réseau, ainsi que des premiers résultats des actions opérationnelles engagées depuis 2003, sont disponible sur le site web du réseau : http://www.rebent.org .

* Le benthos est constitué par l’ensemble des organismes vivant en relation étroite avec les fonds subaquatiques : benthos végétal ou phytobenthos (algues et phanérogames) et benthos animal ou zoobenthos (vers, mollusques, crustacés...).

Sommaire

Introduction... 1

1. Caractères généraux de la zone d'étude... 2

2. Acquisition et analyse des données ... 6

2.1. Outils et techniques mis en œuvre ... 6

2.2. Stratégie d’acquisition des données ... 11

2.3. Calendrier des travaux et bilan des données acquises ... 16

2.4. Analyses bathymétriques et morphosédimentaires... 16

2.5. Analyses biologiques ... 22

3. Résultats ... 26

3.1. Les principaux ensembles morphosédimentaires ... 26

3.2. La dynamique des sédiments ... 35

3.3. Les principales unités de peuplements de substrats meubles ... 39

Conclusion... 52

Annexes

1 Fiches techniques N/O Thalia et Survex 2 Fiches signatures acoustiques

3 Fiches granulométriques

4 Tableau de classification sédimentaire

5 Matrice des abondances d'espèces (moyennes/m²)

6 Richesse spécifique et nombre total des individus récoltés pour les principaux groupes taxonomiques

7 Indices de classification biocénotique

8 Liste faunistique générale et groupes trophiques

Introduction

Le présent travail sur le secteur des Glénan (fig. 1) s'inscrit dans le cadre du volet sectoriel subtidal, dont le laboratoire DYNECO/Ecologie benthique du Centre Ifremer de Brest a la charge.

Figure 1 : Carte de répartition des secteurs de référence du REBENT Bretagne

Les premiers travaux de cartographie des habitats subtidaux ont été engagés en 2003, à l’aide du navire océanographique Thalia, sur les secteurs de Quiberon, Concarneau et Glénan. Une première campagne de prospection acoustique (sondeur multifaisceaux et sonar à balayage latéral), pour la reconnaissance morphologique et sédimentaire des fonds, a été réalisée en mars, complétée par une campagne de caractérisation biologique, aux moyens d'imagerie vidéo sous-marine et de prélèvements à la benne, en octobre. Des levés acoustiques ont par ailleurs été réalisés dans les très petits fonds des sites de Concarneau et de Glénan, à l'aide d'une embarcation légère spécialisée équipée d'un sondeur multifaisceaux, afin d'assurer la continuité d'information entre les fonds exondables et non exondables.

Les résultats de l'ensemble des travaux effectués sur le secteur des Glénan font l’objet de ce rapport.

1. Caractères généraux de la zone d'étude

L’archipel de Glénan se situe dans la partie aval du précontinent breton (Pinot, 1974), parsemée d’îles (Glénan, Groix, Houat…) et de hauts fonds (basse Jaune, plateau des Birvideaux…). Ces ensembles géomorphologiques sont alignés N120, parallèlement au Cisaillement Sud Armoricain (C.S.A), et fracturés selon les directions moyennes N30 et N160 (Menier, 2003). Ils sont séparés les uns des autres par des vallées fossiles partiellement comblées, comme par exemple celle du Chenal de Penfret (fig. 2) orienté N160 qui sépare la basse Jaune de l’archipel (Vanney, 1977). Cette échine rocheuse prélittorale, dont Glénan constitue la chaussée la plus occidentale, freine et réfracte les grandes houles du large de secteur ouest et sud-ouest (Delanoë et Pinot, 1977). Les principaux traits de la morphologie sous-marine de l’archipel se composent d’un prisme sédimentaire d’une dizaine de mètres d’épaisseur sur la côte nord-est entre le Gluët et Penfret, actuellement entaillé par l’activité d’extraction de maërl (fig. 2), d’escarpements vigoureux à l’ouest (chaussée des Talenduic), alors qu’au sud-ouest, sur une douzaine de kilomètrres, le massif granitique se poursuit en mer sous la forme de hauts fonds d’une quarantaine de mètres de dénivelé (basses Malaoët, Belvidijen, Perennès, An Aro). Ils sont séparés par des couloirs de failles (chenaux Deuzerat, de Brilimec…) canalisant localement l’énergie des courants.

Les courants de marée sont faibles à modérés sur le secteur, aussi bien autour qu’au centre de l’archipel. Les mesures de courants du SHOM (ouvrage n°550) montrent que dans le chenal Saint- Nicolas, le flot porte à l’est (max. 1 nœud à PM-2h) et le jusant à l’ouest avec une vitesse plus forte (max. 1,3 nœuds à PM+5). Ils ne dépassent pas 0,4 m/s dans l’archipel pour les marées de vives eaux (VE) et 0,25 m/s lors des marées de mortes eaux (ME) (modélisation Sogreah ; In Vivo Environnement, 2003). Pour des coefficients plus importants (coef. 101), les modélisation réalisées avec le logiciel MARS-3D (Tessier, 2006) montrent que l’aire d’intensité maximale des courants se propage dans le sens horaire autour de l’archipel (fig. 3) :

BM (basse mer) : max. de 60 cm/s au sud et sud-ouest en direction de l’ouest et du nord-ouest,

BM+4 : max. de 60 cm/s au nord-ouest et nord en direction de l’est et du nord-est, PM (pleine mer) : max. de 40 cm/s au nord-est en direction du sud-est,

PM+2 : max. de 80 cm/s à l’est dans le chenal de Penfret en direction du sud.

Deux simulations de houles à partir du modèle SWAN (Tessier, 2006), de secteur sud-ouest et ouest (Hauteur significative Hs de 5 m, période TM01 de 13 s) correspondant à 20 jours de tempêtes par an, montrent la réfraction progressive des orthogonales de houles du large vers l’est, en contournant l’archipel, jusqu’à converger à l’est de Penfret (fig. 4) :

Dans le chenal des Bluiniers : progression vers l’est des trains de houles (2 à 3 m de Hs),

Dans le chenal Saint-Nicolas : réfraction vers l’est lors de la remontée du Chenal et sur le banc de maërl au nord de Saint-Nicolas jusqu’à Penfret pour celles de secteur ouest (diminution progressive de Hs jusqu’à 1,5 m),

Entre les basses sud (Perennès, Malouët, Belvidijen) et le chenal de Brilimec : réfraction vers le nord-est (Hs reste forte, sup. à 4 m),

Dans le chenal de Penfret : réfraction au passage des basses de An Ero et du Lué vers le nord-est dans la partie méridionale du chenal, puis rapidement nord et nord-nord- ouest à la latitude de Penfret (diminution progressive de Hs jusqu’à 1,5 m).

Figure 2 : Situations géographique et bathymétrique du secteur d’étude

Figure 3 : Planches des courants de marée de surface

(Simulations Mars-3D, coef. 101, heure Saint-Nazaire, décalage 15 mn avec Glénan) (Tessier, 2006)

Figure 4 : Simulations de la propagation de la houle et de la contrainte sur le fond pour une houle du large (secteur sud-ouest et ouest) de 5 m et 13s à basse mer (Tessier, 2006)

2. Acquisition et analyse des données

2.1 Outils et techniques mis en œuvre

2.1.1 Moyens nautiques et modes de positionnement 2.1.1.1 NO/Thalia et Survex

Au delà de 10 m de profondeur, l’investigation des fonds a été conduite à partir du N/O Thalia, navire de la flotte côtière armé par GENAVIR (annexe 1). Entre 0 et 10 m, plusieurs jours de location du Survex (annexe 1), vedette privée (société Mesuris) dédiée à l’acoustique sous-marine, ont permis de lever 4,8 km² au nord et à l’est de l’Archipel.

2.1.1.2 Systèmes de navigation et de positionnement 2.1.1.2.1 Le système de navigation Olex

Olex V4.10 (fig. 5) est un système de navigation puissant, de génération du relief des fonds sous- marins, conçu pour la pêche professionnelle et la recherche océanographique. Installé depuis 2003 sur les bateaux côtiers de la flotte IFREMER, il permet d’importer les positions des points ou des profils théoriques, issus d’un SIG, sur un fond de carte marine, doublé de toutes les informations nécessaires à la navigation (www.ifremer.fr/flotte/equipements_sc/eq/olex/index.html). L'utilisateur peut donc choisir le type d'informations qu'il souhaite voir figurer à l'écran : en conséquence, l'affichage est rendu plus clair. L'affichage des cartes est réalisé sans discontinuité sur toute la planète.

Figure 5 : PC scientifique OLEX sur Thalia 2.1.1.2.2 Les systèmes de positionnement

Le GPS Différentiel

Les données récoltées lors des campagnes effectuées sur le N/O Thalia sont positionnées en WGS84 à partir d’un DGPS Aquarius (Société Thales) fonctionnant en mode WAAS/EGNOS métrique temps réel ; domaine de fonctionnement défini par la couverture des satellites des systèmes WAAS (Nord Amérique), EGNOS (Europe) et MSAS (Japon). La précision en xy est de l’ordre de 1 à 2 mètres.

Le GPS RTK

L'infrastructure de base d'un réseau RTK ( Real Time Kinematic ou cinématique en temps réel) est constituée par une station GPS de référence (fig. 6). Cette station permanente, dont la position est connue avec une très grande précision, émet en temps réel par une radio ou GSM, les mesures réalisées sur les phases portantes des signaux radiodiffusés par les satellites GPS. La vedette reçoit, en temps réel, ces mesures de phases pour se positionner relativement à la station de référence.

Seules quelques secondes sont nécessaires pour déterminer les coordonnées d'un nouveau point. Ces performances centimétriques à décimétriques, établies en temps réel, ne sont toutefois accessibles que dans un rayon limité autour de la station de référence. La géodésie utilisée pour le levé Glénan était du Lambert II centre.

Point géoréférencé (X Y Z connus) Antenne de

réception

Antenne d’émission par

GSM

Boîtier de configuration Hauteur d’antenne

mesurée précisément

Figure 6 : Illustration du GPS RTK utilisé par la société Mesuris pour les levés Survex

2.1.2 Principes généraux de fonctionnement des systèmes acoustiques

2.1.2.1 Sondeur multifaisceaux (cf. Fiche technique FT09-F003 sur http://www.rebent.org/)

Deux types de Sondeur MultiFaisceaux (SMF) ont été mis en œuvre sur le secteur de Glénan : l’EM1000 de la société Simrad et le Seabat 8101 de la société Reson (tab. 1). Un sondeur multifaisceaux mesure simultanément la profondeur selon plusieurs directions déterminées par les faisceaux de réception du système (fig. 7). Ces faisceaux, au nombre de 120 pour l’EM1000, forment une fauchée perpendiculaire à l'axe du navire. On explore ainsi le fond sur une large bande (de l’ordre de 5 à 7 fois la profondeur), avec des vitesses supérieures à celles utilisées pour un sonar remorqué (max. 5 nœuds). La plupart des sondeurs multifaisceaux fonctionnent selon la technique dite des faisceaux croisés. Une impulsion sonore est émise au travers d’un lobe d’émission étroit dans la direction longitudinale (de l’ordre de 1 à 5 degrés) et large transversalement (typiquement 150 degrés). La réception se fait à l’aide de faisceaux étroits dans le plan transversal (de l’ordre de 1 à 5 degrés). Pour chaque faisceau de réception, la zone du fond explorée ("cellule insonifiée") est l’intersection entre le lobe d’émission et le faisceau de réception. Pour recaler précisément les positions géographiques des mesures bathymétriques de part et d’autre du bateau, ces systèmes sont équipés d'une centrale inertielle qui enregistre les mouvements du navire. Des précisions de l’ordre de 0,05° pour le cap, le roulis et le tangage et de 10 cm pour le pilonnement sont atteintes. Pour corriger la courbure des rayons sonores dans la colonne d’eau, la célérité du son dans l’eau et la température sont régulièrement mesurées. La résolution longitudinale de l'EM1000 à 100 m de profondeur est de 50 cm à la verticale du bateau, et latéralement de 1,5 m à 400 m de l’émetteur.

Figure 7 : Principe de fonctionnement d’un SMF

Caractéristiques EM 1000 Simrad Seabat 8101 Reson

Antenne Circulaire Circulaire

Fréquence 95 kHz 240 kHz

Nombre de faisceaux 120 145

Ouverture angulaire 150 150

Largeur faisceaux 3,3 x 3,3° 1,5 x 1,5°

Couverture 7,4 x prof. 4 à 6 x prof.

Résolution en z 3,75 cm 1,25 cm

Centrale inertielle HIPPY 120C MKII POV/MV320

Tableau 1 : Résumé des caractéristiques des 2 sondeurs multifaisceaux utilisés sur le secteur Glénan 2.1.2.2 Le sonar à balayage latéral (cf. Fiche technique FT09-F002 sur http://www.rebent.org) Le sonar à balayage latéral se compose d’un engin remorqué de forme fuselé, relié à un système d’acquisition par l’intermédiaire d’un câble électroporteur (fig. 8a). Il balaye le fond à une fréquence constante, généralement de 100 kHz pour des applications de cartographie sédimentaire, jusqu’à 500 kHz pour la détection de petits objets. Il fournit en continu, et sur plusieurs dizaines à centaines de mètres de largeur, une image en niveau de gris de l’énergie rétrodiffusée par les différents substrats constituant le fond marin. Sur ces images acoustiques, encore appelées

"sonogrammes", peuvent être directement différenciés et délimités avec précision, les zones de roches, des peuplements benthiques denses (maërl, moulières, crépidules, lanices, herbiers…), ou bien des figures sédimentaires modelant le fond (fig. 8b). Quelle que soit la réponse acoustique, elle nécessite d’être calibrée par des prélèvements sédimentaires ou par l’imagerie vidéo sous-marine.

a b c

Figure 8 : (a) Sonar à balayage latéral Edgetech DF1000 ; (b) Sonogramme sur des fonds de maërl ridé (en sombre) et de sable (en blanc) ; (c) Multifaisceaux Reson 8101 avec son option sonar.

La résolution sur le fond est de l’ordre de quelques dcm² pour une portée de 100 m et une fréquence de 100 kHz. Dans le cas du sonar équipant la vedette Survex, utilisé pour les très petits fonds, il s’agit en fait d’une option spécifique du sondeur multifaisceaux Reson Seabat 8101 (fig. 8c).

Les systèmes acoustiques hautes fréquences de type sonar à balayage latéral sont employés depuis plusieurs années pour prospecter rapidement de larges zones côtières avec une très bonne résolution sur le fond. Ils permettent de cartographier directement certains peuplements macro-benthiques en forte densité, tels que : les herbiers de posidonies en Méditerranée (Paillard et al., 1993 ; Piazzi et al., 2000), les biocénoses de maërl (Augris et al., 1993), à crépidules (Hamon in Augris et Hamon, 1996 ; Ehrhold et al., 1998, Blanchard et al., 2006), les peuplements d’oursins plats Dendraster excentricus (Fenstermacher et al., 2000), à Lanice conchilega (Augris et al., 1993 ; Degraer et al., 2002), les fonds à coquille Saint-Jacques (Kostylev et al., 2003), d’huîtres (Smith et al., 2001), les récifs de coraux (Roberts et al., 1987 ; Hovland et al., 2002) et de serpulidés (Voisin et al., 2005).

2.1.2.3 Le système RoxAnn (cf. Fiche technique FT09-F001 sur http://www.rebent.org/documents/) Le système RoxAnn est un logiciel de classification automatique de la nature des fond. RoxAnn a été développé dans les années 1990, initialement pour répondre aux besoins des extracteurs de granulats marins. Il analyse les échos renvoyés par le fond, émis par un sondeur bathymétrique monofaisceau. L’énergie de réverbération du fond qui est enregistrée par le sondeur, est transformée par un boîtier électronique (USP) en indices de rugosité E1 et de dureté E2. E1 correspond à la terminaison du premier écho de réflexion directe sur le fond, alors que le second écho E2 résulte de la réflexion multiple des ondes sur le fond et sous la surface. Le temps-trajet étant plus long que pour E1, E2 est amplifié pour diminuer la perte de signal due à la dispersion de l’énergie réverbérée dans le milieu. La classification des fonds s’opère en temps réel par la combinaison de ces deux indices (fig. 9). En théorie, l’augmentation des valeurs du couple E1/E2 correspond à un gradient granulométrique croissant, de sorte qu’un sédiment vaseux et lisse aura un couple E1/E2 plus faible qu’un sédiment graveleux et ridé. RoxAnn est un système opérationnel autonome, pouvant acquérir des données ponctuelles peu dégradées, jusqu’à 10 à 12 nœuds dans certains cas. La cadence d’enregistrement est modulable. Pour un enregistrement toutes les 2 s, le volume des fichiers de données exportées ne représente pas plus de 2 méga octets par jour. RoxAnn est un système de cartographie souple d’utilisation mais de moyennes à basses résolutions (plurimétriques à pluridécamétriques), en fonction de la profondeur moyenne sur la zone et de l’ouverture du sondeur.

Figure 9 : Exemples de restitution des données RoxAnn en temps réel

Le système RoxAnn a fait l’objet de nombreuse études de synthèse (Foster-Smith et al., 1999;

Hamilton, 2001). Il a été employé avec succès pour cartographier directement les biocénoses de

maërl (De Grave et al., 2000), les récifs coralliens (Williamson, 1998 ; Chevillon, 2001 ; Nunny et al., 2001) ou bien des moulières (Service, 1998). Son intérêt réside dans sa capacité à détecter rapidement, et à moindre coût, la nature des fonds qui est, a posteriori, corrélée aux peuplements faunistiques par un échantillonnage stratifié (Murphy et al., 1995 ; Sotheran et al., 1995 ; Provencher et al., 1997 ; Pinn et al., 1998 ). Les exemples sont nombreux et ne se limitent pas uniquement aux biocénoses très rugueuses directement décelables par le système (Ehrhold, 2000). Il a également été mis en œuvre pour cartographier les limites des habitats à poissons plats (Greenstreet et al., 1997) ou à harengs (Maravelias et al., 2000) et de nombreux mollusques à valeur commerciale, tels que les coquilles Saint-Jacques (Magorrian et al., 1995 ; Kaiser et al., 1998).

2.1.3 Outils d'imagerie vidéo

Une caméra vidéo noir et blanc, très sensible à la lumière (Simrad OSPREY 0,1 lux) a été utilisée sans projecteur pour réduire l’effet de brillance engendré par la matière en suspension. La caméra est fixée soit sur un bâti vertical (structure métallique conique, fig. 10a) pour être utilisée en point fixe ou en dérive (suspendu au-dessus du fond), soit sur un traîneau (troïka) de dimension variable afin d’être remorquée, de préférence, à contre-courant sur le fond à une vitesse voisine de 1,5 nœud (fig. 10b et c). Le logiciel Vidéonav d’Ifremer (Lunven et al., 2002) permet de synchroniser le time- code du magnétoscope numérique avec l’enregistrement des positions géographiques par GPS différentiel (fig. 11a). Les films sont ainsi sauvegardés sur support numérique de type cassette DVDcam (fig. 11b).

(a) (b) (c) Figure 10 : Dispositifs de prise de vue sous-marine (a : bâti ponctuel ; b : petite troïka ; c : grande troïka )

(a) (b)

Figure 11 : Dispositif d’enregistrement des prises de vue sous-marine (a : copie d’écran du logiciel Vidéonav 3 ; b : centrale d’acquisition )

2.1.4 Engins de prélèvements sédimentaires et biologiques 2.1.4.1 Benne Shipek

Il s’agit d’une benne cylindrique qui agit par raclage-découpage du fond, permettant de caractériser rapidement la nature du sédiment. Celui-ci est emprisonné dans la partie mobile semi-cylindrique qui pivote et se libère de la tension du ressort au moment du contact avec le fond (fig.12a et b). La surface échantillonnée est de 4 dm², le volume max. de sédiment récolté de 3 litres, et la profondeur max. de prélèvement de 10 cm. Deux lests peuvent être employés en fonction de la dureté des sédiments ; 60 et 90 kg., seul le premier a été mis en œuvre.

(a) (b) (c)

Figure 12 : Photos de la benne Shipek (a et b) et de la benne Hamon (c) 2.1.4.2 Benne Hamon

La benne Hamon présente l'avantage de fonctionner sur tous les types de fonds meubles, et en particulier dans les sédiments grossiers. C'est ce qui nous a fait la préférer à la benne Smith Mc- Intyre, très utilisée pour échantillonner la macrofaune des sédiments fins, compte tenu de la diversité des fonds rencontrés autour de la Bretagne et parfois sur un même secteur, comme dans le cas de Glénan. En outre, elle est robuste et simple d'utilisation, mais son encombrement et son poids nécessitent des moyens de mise en œuvre adaptés.

Le modèle d'origine permet de prélever sur une surface de 1/4 m² et une profondeur d'environ 30 cm (fig. 12c). Nous avons utilisé un godet plus petit (prélèvement sur 1/8 m², à la même profondeur), de manière à pouvoir réaliser des réplicats (meilleure estimation de la diversité spécifique et des abondances), en évitant d'avoir des volumes de sédiment trop importants à trier.

L'effet de chasse qu'elle provoque en arrivant au fond et son mode de déclenchement à la remontée, font que la petite faune vagile à la surface du fond est sous-échantillonnée ; en revanche sa bonne pénétration dans le sédiment permet de récolter des espèces profondément enfouies.

2.2 Stratégie d’acquisition des données

Les levés géophysiques réalisés dans le cadre du REBENT reposent sur la combinaison de plusieurs capteurs acoustiques remorqués ou de coque, en fonction de la profondeur et de la dangerosité des fonds à la côte. Une première prospection est réalisée à bord du Thalia (annexe 1) du large jusqu’à 10 m de profondeur environ. Le navire est équipé d’un sondeur multifaisceaux EM1000 pour acquérir la bathymétrie et remorque un sonar à balayage latéral (DF1000) pour l’imagerie. Les très petits fonds, entre 10 m et 1 m de profondeur, ont été prospectés, pour partie (nord et est de l’archipel) avec une vedette équipée d’un sonar et d’un sondeur multifaisceaux de coque (annexe 1).

2.2.1 Systèmes acoustiques

2.2.1.1 Le sondeur multifaisceaux EM1000

La direction des profils et la vitesse d’acquisition sont conditionnées, dans le cadre des levés REBENT, par la stratégie du levé au sonar à balayage latéral (max. 5 nœuds et espacement de 180 m entre profils). Cela implique des "trous d’acquisition bathymétrique" sur le secteur, sachant qu’à une profondeur de 15 m, la surface balayée par le sonar latéral sera de 200 m et celle de l’EM1000, de 105 m max. Avant le démarrage des travaux avec le sondeur multifaisceaux, un marégraphe de type OT311 Mors est mouillé au centre de la zone pour corriger ultérieurement les sondes des variations du plan d’eau (marée). La température est mesurée régulièrement en route, sur toute la hauteur d’eau, à l’aide de sondes perdables de type XBT (mesure de la température). La sonde XBT est lancée avec un pistolet (fig. 13) relié à un ordinateur par un petit fil de cuivre qui transmet le signal électrique et finit par casser. La température s'enregistre directement sur un PC. La célérité (vitesse du son dans l’eau) est déduite ensuite du profil de température et intégrée au logiciel Caraibes qui pilote l’acquisition de l’EM1000. Seule la mission REBENT1 (tab. 3) était équipée de l’EM1000.

Figure 13 : Tir de sonde XBT et profil de t°

2.2.1.2 Le sonar à balayage latéral Edgetech DF1000

Ce système, composé d’un poisson tracté derrière l’embarcation à une altitude constante au-dessus du fond (entre 10 et 15 m), a été mis en œuvre pour des fonds supérieurs à 10 m autour de l’archipel. La portée latérale pour l’Edgetech DF1000 a été fixée à 100 m (110 m effectif) pour une fréquence de 100 kHz. Cette fauchée (2 fois la portée) offre, à l’échelle des secteurs REBENT, un bon compromis entre la détection des objets recherchés sur le fond (biocénoses) et la durée d’exécution du levé. 445 km de profils ont été acquis lors des deux campagnes (tab. 3 et fig. 14). La surface moyenne couverte est de l’ordre de 1,4 km²/heure à la vitesse moyenne de 5 nœuds. Le recouvrement entre les profils était de l’ordre de 12%. Les mêmes paramètres d’acquisition (fréquence, portée, ouverture, contraste) ont été conservés entre REBENT1 (mars 2003) et REBENT6 (avril 2005). Le choix dans la direction des profils sonar est primordiale. A plusieurs reprises, le plan théorique de levé favorisant une altitude constante du poisson au-dessus du fond et minimisant les phases de giration, a été modifié une fois sur zone, de manière à insonifier dans la meilleure direction, les figures sédimentaires telles que les petites dunes hydrauliques de sable graveleux ou de maërl (fig. 15). Il est donc nécessaire de recouper le plus longitudinalement possible, ces figures afin de pouvoir mieux interpréter, a posteriori, l’intensité et la direction des courants sur le fond.

Figure 14 : Travaux de prospection acoustique et d’échantillonnages sédimentaires et biologiques sur le secteur Glénan

Le logiciel d’acquisition ISIS sonar de la société Triton Elics permet de rejouer, le soir même, les profils un à un, et de pointer les signatures acoustiques à échantillonner. Lors de REBENT6 (en 2005, tab. 3), le prêt du module Delph Map par Intechmer, nous a permis de générer en fin de journée, les mosaïques acoustiques avec un pas de 20 cm (format tiff géoréférencé). Les principales signatures acoustiques qui composent alors la mosaïque de réflectivité importée sous SIG, sont calibrées à partir de stations de prélèvement définies directement sur la mosaïque.

Figure 15 : Distorsion des mégarides sablo-graveleuses en fonction de la direction des profils sonar (profils Edegtech DF1000 perpendiculaires, à 9 mn. d’intervalle, nord-ouest de Glénan)

2.2.1.3 Le Reson Seabat 8101 (vedette Survex)

La stratégie de levés en très petits fonds est radicalement différente de celle plus au large. La proximité des hauts fonds, les variations rapides de pente et l’augmentation des marques flottantes de surface (casiers, filets), font que, dans la pratique, le choix de la direction des profils et de la portée latérale s’effectue presque en temps réel. Le logiciel Arcpad 6.0 (Société Esri), couplé à un GPS, permet de suivre en temps réel l’évolution du bateau avec en "toile de fond"

l’orthophotographie littorale (fig. 16). Il contribue de cette manière à une meilleure optimisation du levé. Sur le secteur Glénan, la principale difficulté vient du fait que la gamme de profondeur varie constamment. Il est nécessaire de moduler la portée sonar pour limiter une dégradation rapide de l’imagerie sonar. En règle générale, la portée latérale sélectionnée était de 2,5 à 4 fois la profondeur d’eau, avec un maximum de 50 m et un minimum de 15 m. Dans des conditions de mer calme, l’acquisition a pu se faire à 6,5 nœuds, avec une portée de 35 m pour 8 m de profondeur. Lorsque l’état de la mer se dégrade, la centrale inertielle compense moins bien les mouvements de la plate- forme et le bruit acoustique latéral augmente, ce qui nécessite de réduire significativement la vitesse et la portée du sonar. En pratique, dans certaines zones où le gradient bathymétrique est rapide et fort (cas des Courreaux entre les îles de Glénan), il faut modifier toutes les 10 minutes la portée sonar (22 changements lors de la journée du 3/10/2003). La surface moyenne couverte est de l’ordre de 0,25 km²/heure. 342 km de profils ont été enregistrés en 3 jours (tab. 3 et fig. 14).

Figure 16 : Poste scientifique à bord du Survex et suivi en temps réel à partir d’Arcpad6 (© Esri) 2.2.1.4 Le système RoxAnn de classification automatique des fonds

Ce système a été testé lors de la première campagne (mars 2003). L’USP était connectée directement à la sortie du sondeur Furuno 200 kHz (FE 881) du Thalia. Un PC équipé de deux ports séries (un pour la connexion DGPS, l’autre pour l’importation des données de l’USP), fonctionnant sous Windows 98, permettait d’acquérir et de visualiser les couples E1/E2. L’USP avait été configurée par les techniciens de la société Stenmar Micro Systems Ltd pour fonctionner avec la puissance et la fréquence du sondeur du bord. Le logiciel d’acquisition était le programme Searano.

La mise en œuvre du système passe par une phase préliminaire de pré-calibration électronique. Elle consiste à repérer un fond homogène de vase (port de Concarneau) et d’en définir les couples moyens de E1/E2 pour une fréquence de 200 kHz. Le gain de l’amplificateur est alors ajusté pour produire un signal suffisant pour détecter ces échos. L’objet de cette étape est de fournir par la suite des valeurs brutes de E1 et E2 cohérentes, sans avoir à retoucher au gain. La période d’acquisition a été fixée sur le secteur Glénan à 3s. Elle représente un bon compromis pour des fonds entre 10 et 25 m de profondeur avec ce type de sondeur. Elle permet d’insonifier tout le fond le long du profil avec un léger recouvrement pour les profondeurs les plus faibles. Les profils réalisés sont les mêmes que ceux obtenus par sonar à balayage latéral, soit 279 km parcourus.

2.2.2 L’échantillonnage sédimentaire

La stratégie de calibration sédimentaire des faciès acoustiques a été le plus généralement conduite à la benne Shipek (lest de 60 kg). En fonction de la complexité et de l’étendue des signatures acoustiques sur le secteur, entre 1 et 29 stations au maximum (tab. 2) ont été prélevées pour identifier chaque faciès acoustique. Seuls 2 faciès (II2 et III2) ont été reconnus uniquement au moyen de la benne Hamon.

Classe Faciès acoustique

Surface km²

Rebent 1 Rebent 2 Rebent 6 Rebent 7 Total

1 6,4 6 4 4 2 16

I 2 2,6 4 3 2 9

1 5,8 2 3 5

II 2 0,7

1 0,7 1 3 6 10

2 2

III

3 2,5 1 1 1 3

1 9,4 5 3 3 1 12

IV 2 26 9 3 8 9 29

Tableau 2 : Nombre de prélèvements à la benne Shipek, par mission et par faciès acoustique

2.2.3 La vidéo sous-marine

Les profils vidéos n’ont pas été réalisés systématiquement pour décrire chaque habitat. Les séquences enregistrées de 15 à 30 mn de durée, avaient pour but de mieux comprendre des signatures acoustiques parfois très localisées (taches longilignes, forme dentelée…). Dans cette optique, de longs profils à la troïka ont recoupé transversalement les unités morphosédimentaires qui drapent le nord de l’archipel (fig. 14). Les champs de petites dunes hydrauliques ont également été reconnus à l’ouest et au sud-ouest (chenal Deuzerat), ainsi que le faciès à cratères qui occupe le fond de la passe est. Des profils plus courts ont été opérés sur le banc de maërl au nord de Saint- Nicolas et de Penfret.

2.2.4 Echantillonnage biologique

En se référant à la carte de distribution des principaux faciès acoustiques (niveaux de gris), et avant même que l'interprétation morphosédimentaire ait pu être établie, un échantillonnage biologique stratifié a été réalisé à la benne Hamon (1/8m²). Il convient de souligner tout l’intérêt que représente cette stratification en terme d’économie de moyens, en particulier pour ce qui concerne par la suite l’analyse taxonomique de la faune, très coûteuse en temps. Ceci, sans entacher la précision apportée par la suite à la cartographie des communautés benthiques qui s’appuie, pour l’essentiel, sur celle des entités morphosédimentaires précisément cartographiées par méthodes acoustiques.

Au total 23 stations ont été échantillonnées, à raison de 3 réplicats par station (fig. 14). Les prélèvements sont tamisés à bord sur une table de tri dont le maillage le plus fin est de 2 mm (maille ronde) et les refus de tamis sont bocalisés dans une solution de formol à 5%, en vue des analyses en laboratoire.

2.3 Calendrier des travaux et bilan des données acquises

Le secteur subtidal REBENT de Glénan a été partiellement couvert (63%), en raison de la dangerosité des fonds à l’ouest et au sud de l’archipel. L’ensemble des données récoltées lors des campagnes océanographiques est résumé dans le tableau 3 et sur la figure 14.

Campagne Date Bateau Sonar (km) SMF (km) RoxAnn (km) Prélèvements (type) Vidéo REBENT 1 14/03 au 20/03/2003 Thalia 279 279 279 25 Shipek (sédim) 1h30mn REBENT 2 22/10 au 25/10/2003 Thalia

16 Shipek (sédim.) 21 Hamon (sédim.) 63 Hamon (biol.)

3h03 mn SURVEX 1 04/11 au 07/11/2003

et 17/02/2004 Survex 342 342

REBENT 6 08/04 au 11/04/2005 Thalia 166 20 Shipek (sédim.) 39 mn

REBENT 7 05/06 au 06/06/2005 Thalia 26 Shipek (sédim)

3 Hamon (biol.) 46 mn

Tableau 3 : Chronologie et nombre de données récoltées sur le secteur Glénan 2.4 Analyses bathymétriques et morphosédimentaires

2.4.1 Analyses bathymétriques 2.4.1.1 Reson 8101

En ce qui concerne la bathymétrie, le levé en temps réel s’est fait avec une maille de 1 x 1m. La correction de la marée est obtenue, a posteriori, à partir des mesures de hauteur d’eau enregistrées par un marégraphe (Valeport VLR 740) fixé sur un quai à Concarneau (côte

marégraphe à 6,04 m par rapport C.M.). Au post-traitement, des grilles de sondes de 1x1m, 2x2m et 5x5m, sont générées par le logiciel Qinsy 7.1. La précision en z est de l’ordre 10 cm.

2.4.1.2 EM1000 Simrad

La procédure de post-traitement réalisée à partir de Caraibes 3.1 est décrite dans la fiche technique sur les sondeurs multifaisceaux (cf. http://www.rebent.org/documents/) et sur le site web www.ifremer.fr/flotte/equipements_sc/logiciels_embarques/caraibes. Au post-traitement, des grilles de sondes de 2x2 m, 5x5 m, 10x10 m et localement 1x1 m, sont générées par le logiciel Caraibes 3.2. La précision en z est de l’ordre 30 cm. Les MNT sont rejoués sous ArcGIS (© Esri) et Fledermaus (© IVS 3D) pour mieux interpréter l’imagerie acoustique (fig. 17). Les jeux de données des deux sondeurs ont été fusionnés et maillés à 5 m pour réaliser un modèle numérique de terrain avec un contourage tous les mètres (fig. 18). Localement, les données brutes étaient de mauvaise qualité et n’ont pas été retenues.

Figure 17 : Exemple de restitution bathymétrique 3D sur la fosse d’extraction de maërl au nord des Pierres Noires (données EM1000)

2.4.2 Analyse et interprétation des données sonar (cf. http://www.rebent.org/documents/)

L’ensemble des traitements sont réalisés dans Caraibes 3.1.

2.4.2.1 Traitement de la navigation

La première étape consiste à traiter la navigation du poisson Edgetech DF1000. La position du poisson remorqué est corrigée longitudinalement toutes les secondes à partir du fichier de layback fourni par Genavir (longueur de câble filée + distance de la poulie compteuse à l’antenne de réception DGPS). Cette navigation est par la suite lissée avant le mosaïquage des profils. Le module Regina (Caraibes 3.1) permet également de recaler certains tronçons de la navigation par rapport à des objets parfaitement positionnés sur le fond (plateau rocheux, figures sédimentaire), soit à partir des données bathymétriques du sondeur multifaisceaux, soit à partir de l’imagerie du même sondeur ou d’un autre capteur mis en œuvre pendant la mission.

Fosse d’extraction

Figure 18 : MNT (5 m) issu du maillage des sondes de l’EM1000 et du Reson 8101

2.4.2.2 Traitement des données sonar

Il s’agit de traiter chaque profil dans une chaîne de traitement spécifique du logiciel Caraibes 3.1 (fig. 19). Elle se compose des modules suivants :

- Imisol : Importation des fichiers sonar XTF bruts

- Edihop : Correction de détection de hauteur et de réduction de portée - Corire : Correction des images rectilignes (obliquité et halo)

- Edilin : Correction des valeurs d’en-tête de ligne - Spreamo : Préparation à la constitution d’une mosaïque

- Sreamo : Génère une mosaïque à un pas terrain donné (1m et/ou 30 cm) - Ermono : Fusionne chaque mosaïque par profil en une seule image

- Cartim : Visualisation et exportation des mosaïques sous forme de raster géoréférencé 2.4.2.3 Interprétation des mosaïques de réflectivité :

Les mosaïques sont importées dans un SIG (ArcGis 8.3 © Esri) afin d’être interprétées.

La première étape consiste à vectoriser au 1/2000^ème, dans la projection de la mosaïque, les contours délimitant les principales classes acoustiques au nombre de 5 sur le secteur de Glénan (tab. 4) et les figures sédimentaires (dunes hydrauliques, sillons d’érosion …). Ces dernières sont des éléments fondamentaux pour caractériser la dynamique sédimentaire du secteur (direction et parfois sens du transport sédimentaire en charriage sur le fond) et le type de courant responsable du modelé du fond (houle, marée). Cette étape à l’écran, s’accompagne de fréquents allers-retours avec les bandes sonar papier pour lever les doutes ou préciser certaines limites de faciès. En effet, la perception à l’écran de variations ténues de niveaux de gris ou de textures n’est pas toujours aussi facile du fait des effets de lissage ou de rehaussement de contrastes effectués en amont dans les modules Edihop et Cartim.

Figure 19 : Chaîne de traitements des données sonar dans Caraibes 3.1

La deuxième étape consiste à identifier les signatures acoustiques en terme de nature de fond (granulométrie, morphologie). Elles ont été calibrées à partir des observations du fond par prélèvements ou vidéo (cf. § 2.2.2 et 2.2.3). Chaque faciès ainsi reconnu, au nombre de 17 pour la

couverture sédimentaire meuble et de 4 pour la roche (tab. 4), est décrit dans une fiche récapitulative type (annexe 2) dans laquelle sont résumés :

• les éléments de la campagne : nom de la mission, secteur géographique, date

• les paramètres d’acquisition : type de sonar , fréquence, ouverture, portée, contraste, …

• le type de faciès : description sommaire et distribution sur le cartouche joint

• les éléments de calibration :

n° de prélèvement et type de benne (S pour Shipek, H pour Hamon) par campagne, en rouge lorsque l’échantillon a été traité pour la granulométrie

nom des profils vidéo traversant le faciès nature du sédiment constituant le faciès espèces caractéristiques

classification : norme française et dite EUNIS (cf. § 2.4.4)

Classe Niveau de

gris Texture Faciès

acoustique Classification sédimentaire % carbonate

Médiane (mm)

Code

Eunis Typologie

1A Sable moyen 56 0,348 SmS I1A

homogène

1B Vase - Sable fin 0,085 MsM I1B

I blanc

ridée 2 Sable moyen à grossier 82 0,386 SmS I2

1A Vase - Sable fin 0,157 MsM II1A

homogène

1B Gravier vaseux 66 0,36 Cs II1B

II gris pâle

tacheté 2 Sable fin vaseux 0,173 Ms II2

1A Sable moyen 72 0,285 SmS III1A

homogène

1B Sable grossier graveleux 75 0,603 Cs III1B

cratère 2 Vase - Sable fin 0,082 MsM III2

III gris moyen

ridée 3 Sable grossier 70 0,649 Cs III3

1A Gravier 52 4,139 Cs IV1A

1B Gravier vaseux 3,218 Ms IV1B

homogène

1C Maërl sableux Cs IV1C

2A Gravier 36 4,085 Cs IV2A

2B Gravier - Sable grossier 51 1,595 Cs IV2B

2C Sable grossier graveleux 80 1,11 Cs IV2C

2D Sable grossier 21 1,003 Cs IV2d

IV

ridée

2E Maërl 0,3554 Cs IV2E

A Roche compacte

B Hétérogène rocheux (roche sub-affleurante)

C Hétérogène rocheux (semis de blocs)

V

gris sombre

rugueuse

D Hétérogène ridé et rocheux

Tableau 4 : Liste des faciès acoustiques reconnus et calibrés sur le secteur 2.4.3 Analyse des données RoxAnn (cf. http://www.rebent.org/documents/)

Les 50424 couples de données RoxAnn acquis lors de la campagne REBENT 1 (tab. 3) ont été épurés des valeurs aberrantes. Afin d’obtenir une couverture continue sur le secteur investigué, les données de rugosité (fig. 20a) et de dureté (fig. 20b) ont été maillées par interpolation (méthode des plus proches voisins avec un rayon de 100 m).

(a) (b)

Figure 20 : Carte d’interpolation des indices de rugosité et de dureté 2.4.4 Analyses granulométriques

La caractérisation de la nature du fond se base sur l’analyse granulométrique des échantillons prélevés sur le secteur. La granulométrie est l’étude de la répartition des tailles de grains dans un échantillon. La distribution des principales fractions sédimentaires reconnues (cailloutis, graviers, sables, sables fins, vase) permet de caractériser rapidement le type de sédiment. Les coupures retenues pour calculer les pourcentages des différentes classes sont celles de la norme européenne ISOF/DIS 16665 : 2005 (traitement des échantillons de la macrofaune des sédiments meubles).

Le protocole d’analyse des échantillons est le suivant :

L’échantillon prélevé est décongelé, rincé à l’eau douce avant d’être séché en étuve, entre 40 et 60°C, pendant 24 heures. Une fraction de l’échantillon (environ 300 g) est lavée sous un tamis de 50 µm pour mesurer la fraction en pélites. La fraction grossière est tamisée pendant 15 mn sur une colonne vibrante de 11 à 13 tamis de taille de maille décroissante (norme Afnor). Chaque refus de tamis est pesé, transcrit en pourcentage et reporté sur une courbe granulométrique semi- logarithmique. Entre chaque échantillon, les tamis et les récipients doivent être minutieusement nettoyés pour éviter toute contamination et limiter l’erreur de mesure lors de la pesée. Le nettoyage des tamis se fait à l’aide d’un pinceau ou d’une petite cuve à ultrason. Pour les prélèvements des campagnes REBENT 6 et 7, le taux de carbonate a été mesuré également selon la technique du calcimètre Bernard. Ce calcimètre permet de mesurer le volume de CO2 dégagé par action de l'acide chlorhydrique (HCl) sur le carbonate de calcium (CaCO₃) présent dans le sédiment remonté.

A partir de la courbe granulométrique de distribution des grains, plusieurs paramètres (moyenne, indices de dispersion, d’asymétrie, d’acuité) sont calculés par la méthode des moments statistiques (Seaward-Thomson et Hays, 1973 ; Rivière, 1977) avec le logiciel GRADISTAT 4.0 (Blott et Pye, 2001). Tous les résultats des analyses et les métadonnées associées aux échantillons sédimentaires prélevés dans le cadre du REBENT sont résumés dans une fiche de synthèse granulométrique (annexe 3).

Cette fiche est constituée des éléments suivants :

• Les références de l’échantillon : nom, campagne, position géographique, ellipsoïde d’acquisition, profondeur.

• Une ou plusieurs photographies prises à bord.

• Un tableau de synthèse des pourcentages en différentes fractions, associé à un histogramme granulométrique. L’histogramme donne pour chaque classe granulométrique (abscisse) le pourcentage (ordonnée) par rapport au poids total du sédiment. La distribution peut être

unimodale ou plurimodale. Les distributions plurimodales indiquent un mauvais classement des matériaux dû à des mélanges détritiques ou bio-détritiques.

• Un tableau récapitulant les refus (en g) de chaque tamis, associé à une courbe semi- logarithmique. La pente de la courbe permet d’apprécier si l’échantillon est plus ou moins bien trié.

• Un tableau qui fournit plusieurs types de classification :

une première classification correspondant à celle utilisée pour la carte des sédiments du plateau aquitain (Lesueur et Klingébiel, 1986) modifiée pour intégrer de nouveaux types : lorsque le pourcentage en fraction sup. à 2 mm dépasse 30 % et pour dissocier les sables moyens des sables fins et très fins (annexe 4). Les types sédimentaires sont alors déterminés en fonction de la médiane (P50 en mm), de la teneur en vase, des pourcentages des principales classes sédimentaires et du pourcentage en carbonate, lorsqu’il est mesuré.

la classification d’ordre I utilisée pour EUNIS (fig. 21), relative aux habitats marins selon le diagramme de Folk (1954) modifié (Connor et al., 2004 ; Davies et al., 2004), qui différencie 4 types de sédiments (grossiers, mélanges, sables et sable vaseux, vases et vase sableuse).

la classification d’ordre II (intermédiaire), selon le diagramme triangulaire (gravel, sand, mud) de Folk (1954) qui différencie 6 types de sédiments par regroupement des types d’ordre III (fig. 21).

la classification d’ordre III, selon le diagramme triangulaire (gravel, sand, mud) de Folk (1954) qui différencie 15 types de sédiments (fig. 21).

Figure 21 : Classification sédimentaire selon Folk (1954)

2.5 Analyses biologiques

2.5.1 Tri et analyse taxonomique des échantillons

Au laboratoire, les refus de tamis (2 mm) sont triés et les individus sont identifiés, dans la mesure du possible au niveau spécifique, et dénombrés. Les taxons se réfèrent à l'ERMS (European Register of Marine Species - Costello et al, 2001). Pour un certain nombre d'individus ayant posé des problèmes d'identification, une recherche bibliographique approfondie s’est avérée nécessaire sans parfois apporter de réponse satisfaisante.

A noter par ailleurs qu’il n’a pas été procédé à des évaluations de biomasse.

2.5.2 Traitements des données

L'objectif est de définir, à partir de la matrice générale stations/espèces, et en se référant aux données morphosédimentaires, les grandes entités de peuplements benthiques du secteur étudié et de les caractériser.

2.5.2.1 Analyses univariées

Divers paramètres sont utilisés dans le but de décrire la structure des peuplements. Des variables telles que la richesse spécifique (moyenne et totale), l'abondance et la biomasse moyenne (non mesurée dans cette étude), ainsi que des indices de diversité permettent de caractériser et comparer globalement la structure des peuplements (Barbault, 1992).

La richesse spécifique : se définit par le nombre S d'espèces récoltées dans n échantillons.

L' abondance : se définit par le nombre d'individus par unité de surface (m²).

Indices de diversité

- Indice de Shannon et Weaver (H') et équitabilité (J)

H' = - ∑ ((Ni/N) x log2 (Ni/N)) Ni : nombre d'individus d'une espèce donnée

N : nombre total d'individus

H’ est nul si tous les individus du peuplement appartiennent à une seule espèce, il est minimal si une espèce domine le peuplement et il est maximal quand toutes les abondances sont réparties équitablement entre les espèces (Frontier, 1983). L’indice de Shannon-Weaver est souvent accompagné de l’indice d’équitabilité J de Pielou (Pielou, 1966) qui représente le rapport de H’ sur l’indice maximal théorique dans le peuplement (Hmax).

J = H’/Hmax = H’/log₂ S

L'équitabilité varie de 0 à 1 : elle tend vers 0 quand la quasi totalité des effectifs est concentré sur une même espèce et elle est de 1 lorsque toute les espèces ont la même abondance (Barbault, 1992).

- Modèle DIMO (Diversity Monitoring)

Cette représentation permet la visualisation de la richesse spécifique (log2 S), de l’indice de Shannon-Weaver (H’) et de l’équitabilité (J) sur un même plan, dans le but d'analyser la structure des peuplements (Qinghong, 1995).

J = H’/log2 (S) = tan (α) Structure trophique des peuplements

A chaque espèce est affecté, dans la matrice, son appartenance à l'une des 8 catégories trophiques (classification adaptée de Hily et Bouteille, 1999) codées de 2 à 9 (tab.5).

Groupes trophiques Code

Carnivores 2

Nécrophages 3

Herbivores 4

Détritivores 5

Suspensivores 6

Déposivores sélectifs 7 Déposivores non sélectifs 8

Microbrouteurs 9

Tableau 5 : Codes des catégories trophiques

Indices biocénotiques

- Indice de constance (ou présence)

Dans chaque entité j, fij représente la fréquence de l'espèce i définie comme le rapport du nombre de stations où l'espèce est présente (nsij) au nombre total de stations Nsj constituant l'entité.

fij = 100 x nsij / Nsj

Pour pallier l'hétérogénéité du nombre de stations entre les différentes entités, le coefficient de présence (ou indice de constance) présence P a été employée.

Pij =100 x fij / (fi1 + ....fij+...fik) - Indice de fidélité

Il se définit comme le rapport de la fréquence de l'espèce i dans l'entité considérée, à la somme des fréquences de l'espèce considérée dans chaque entité de la zone étudiée.

F ij = 100 x (fij / ∑fi)

Les résultats de ces indices sont répartis en plusieurs catégories, par ordre croissant de constance et de fidélité

Indice de constance Indice de fidélité

< 12% espèces rares

de 13 à 25% espèces peu communes de 26 à 50% espèces communes de 51 à 100% espèces constantes

< 10% espèces accidentelles de 11à 33% espèces occasionnelles de 34 à 50% espèces accessoires de 51 à 66% espèces préférantes de 67 à 90% espèces électives de 91 à 100% espèces exclusives - Coefficients de dominance (D) et de Présence x Dominance (DxP) (Glémarec, 1963)

Le coefficient de dominance D permet de tenir compte de l'importance de l'effectif de l'espèce (neij) par rapport à l'effectif total de l'entité (Nej ) au sein de l'entité.

Dij = 100 x neij / Nej

Les espèces ayant les plus fortes valeurs de coefficient (DxP) sont celles qui sont les mieux représentées, à la fois en termes de présence et d’effectif dans les stations de l’entité considérée.

2.5.2.2 Analyses multivariées.

Deux techniques d'analyses multivariées ont été appliquées à la matrice d'abondances des espèces : une méthode de regroupement (Classification Ascendante Hierarchique (CAH)), ainsi qu'une méthode d'ordination (Multi Dimensional Scaling (MDS)). Préalablement, la matrice d'abondances est soumise à une double transformation racine carrée, puis le coefficient de Bray-Curtis est déterminé afin d'établir les ressemblances entre les paires d'échantillons (Bray et Curtis, 1957). On obtient alors une matrice de similarité. Les analyses ont été réalisées avec le logiciel PRIMER (V 5.2.8).

Classification Ascendante Hiérarchique (CAH)

Il s'agit d'une méthode de classification destinée à produire des classes par agrégation successive des objets deux à deux, fournissant une hiérarchie de partition des objets. Le critère de ressemblance entre les objets utilise l'indice de Bray-Curtis et celui d'agrégation de classes, à savoir la distance moyenne entre tous les objets pris dans l'une et l'autre des deux classes différentes. Les résultats sont présentés sous la forme d'un dendrogramme.

Positionnement Multidimensionnel (Multidimensional Scaling : MDS)

Il consiste à modéliser les proximités (similarité ou dissimilarité) entre les "individus" de façon à pouvoir les représenter le plus fidèlement possible dans un espace de faible dimension (généralement 2 dimensions) (Frontier, 1983). Les disparités sont des distances décrivant la représentation optimale des "individus". La mesure de l'écart entre les disparités et les distances mesurées (distance de Bray Curtis) sur la représentation obtenue par le MDS se nomme le stress : plus le stress est faible, meilleure est la représentation des "individus". Le stress est un indicateur normalisé variant entre 0 et 1, la valeur nulle indiquant un ajustement parfait. Ainsi, une valeur de stress inférieure à 0,1 traduit une excellente représentation, entre 0,1 et 0,25 elle donne une image satisfaisante, entre 0,25 et 0,5 la qualité est médiocre et les valeurs supérieures à 0,5 révèlent une représentation aléatoire. Dans cette étude c'est le stress de Kruskal qui est utilisé. La procédure consiste en une série d'itérations de calculs visant à obtenir la meilleure représentation. Elle s’arrête lorsqu’un optimum relatif est trouvé, sans qu’il s’agisse pour autant de la meilleure solution.